3. Путь биосинтеза рибофлавина и его регуляция
Путь биосинтеза рибофлавина у дрожжей, грибов и бактерий практически один и тот же. Установлено, что предшественником рибофлавина является ГТФ. Синтез рибофлавина пятиступенчатый.
На первой ступени происходит раскрытие имидазольного кольца ГТФ и отщепление 8-го углеродного атома, который выделяется в виде формиата. Реакцию катализирует фермент ГТФ- циклогидролаза II. Продуктами реакции помимо формиата являются пирофосфат и 2,5-диамино- 6-(рибозиламино)-2,4(ЗН)-пиримидинон-5'-фосфат. На втором этапе в результате дезаминирования образуется 2,5-диамино-6-(рибозиламино)-2,4(Ш,ЗН)-пиримидинон-5' -фосфат, который при участии соответствующей редуктазы превращается в 5-диамино-6-(рибитиламино)-2,4(1Н,ЗН)- пиримидинон-5'-фосфат. У эукариот эти две реакции осуществляются в обратном порядке. На следующей ступени происходит включение 4 углеродных атомов с образованием 6,7-диметил-8- рибитил-люмазина (ДМРЛ). В настоящее время показано, что донором 4-углеродного фрагмента является рибулозо-б'-фосфат или его метаболит. Перед включением в птеридин пиримидиновый интермедиант подвергается дефосфорилированию. На последней ступени две молекулы ДМРЛ реагируют между собой с образованием рибофлавина и 5-амино-6-(рибитиламино)-2,4(1Н,ЗН)-пи- римидиндиона. При этом одна люмазиновая молекула служит донором 4 углеродных атомов, а другая акцептором, превращаясь в рибофлавин. Последние две ступени катализируются р- и а- субъединицами рибофлавинсинтазы.Ферменты биосинтеза рибофлавина кодируются rib-опероном (рис. 2).
Известно, что все рибофлавиновые гены Бас. subtilis картированы в двух локусах. Семь групп мутаций (ribG, ribB, ribF, ribA, ribH, ribT, ribD), приводящих к различным дефектам биосинтеза рибофлавина, картируются в одном локусе, расположенном рядом с маркером lys на 209° генетической карты Вас. subtilis. Второй локус, ribC, кодирует репрессорный белок, активируемый рибофлавином, который негативно регулирует экспрессию биосинтетических генов.
Такая оргяни- зация не имеет ничего общего с организацией в E.coli и большинстве других грамотрицательных бактериях, где гены биосинтеза рибофлавина распределены по хромосоме в четырех или пяти локусах и никакого регуляторного локуса пока не найдено. В настоящее время выявлена полная последовательность нуклеотидов рибофлавинового оперона Вас. subtilis. и проведены исследования по регуляции экспрессии rife-генов. Показано, что rib-оперон Bac.subtilis представляет собой группу сцепления из 5 структурных генов. Гены, обозначенные как ribG, ribB, ribA, ribH, ribTD, кодируют ферменты пути биосинтеза рибофлавина. Необходимость всех пяти генов была доказана на основании комплементации мутаций, приводящих к ауксотрофности по рибофлавину. Роль этих генов следующая:; ribG кодируют синтез деаминазы; ribB — рибофлавинсинтазы ((1-субъединицы);
Рис.2. Структура рибофлавинового оперона Вас. subtilis Указаны названия генов и ферментов, которые они кодируют
ribA — ГРФ циклогидролазы II И 3,4-дигидрокси-2-бутанон-4-фосфатсинтазы; ribH — люмазин- синтазы (а-субъединицы); ribTD — редуктазы. У Bac.subtilis ribA ген кодирует как ГРФ циклогид- ролазу II, так и фермент, ответственный за синтез 4-углеродной единицы из рибулозо-5-фосфата, промежуточного продукта пентозного цикла.
Механизм регуляции флавиногенеза у бактерий обстоятельно изучен С. Е. Бреслером с сотрудниками на примере Вас. subtilis. Установлено, что транскрипция регулируется рибофлавином, ФМН и ФАД. Было показано, что у мутантов Вас. subtilis, устойчивых к аналогам рибофлавина, разрегулирован синтез рибофлавина. Обнаружено две группы мутаций, влияющих на экспрессию рибофлавинового оперона Вас. subtilis. Первая группа мутаций, ribO, картируется в одном локусе со структурными генами. В штаммах с различными мутациями по ribO активность рибофлавин- синтазы увеличивается в 10—30 раз по сравнению с диким типом. Вторая группа мутаций связана с мутациями в ribC локусе. Предполагают, что ген ribC кодирует регуляторный белок, который может взаимодействовать с регуляторной областью ribO и, таким образом, влиять на экспрессию рибофлавинового оперона. Активность рибофлавинсинтазы и ГТФ-циклогидролазы в штаммах с мутациями в гене ribC более, чем в 30 раз выше по сравнению со штаммами дикого типа.
3.
Еще по теме 3. Путь биосинтеза рибофлавина и его регуляция:
- Регуляция биосинтеза аргинина
- 6.4. Сон и его регуляция.
- Зрительный путь и путь зрачкового рефлекса
- Свойства рибофлавина
- Основные физиолого-биохимические свойства штаммов-продуцентов рибофлавина
- Получение рибофлавина в промышленности
- Процесс микробиологического получения рибофлавина с использованием генно-инженерного штамма Bac.subtilis
- Рибофлавин: свойства и способы микробиологического синтеза
- Биосинтез каротиноидов
- Влияние ионов калия на биосинтез аргинина
- Влияние ионов кальция на биосинтез аргинина
- Влияние pH среды на биосинтез аргинина
- Корково-спинальный (пирамидный) путь
- Нарушения биосинтеза и секреции гормонов.
- Путь к выздоровлению
- Биосинтез фосфолипидов у грибов